Erdbebensicherheit in Gebäuden

Ein Erdbeben ist eine Naturkatastrophe, die unter den Naturereignissen unvorhersehbar ist und deren negative Auswirkungen plötzlich und in großem Umfang auftreten können. Die Auswirkungen eines Erdbebens können im Verhältnis zu seiner Intensität variieren. Die größte Auswirkung hat das Erdbeben auf die Bauwerke, die ein unveränderlicher Teil des menschlichen Lebens sind. Daher ist es unumgänglich, die Gebäude unter Berücksichtigung der Erdbebenauswirkungen zu planen.

In unserem Land, in dem es häufig zu zerstörerischen Erdbeben kommt, befinden sich 66 % unseres Landes und 71 % unserer Bevölkerung in Erdbebenzonen 1. und 2. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass Bauprojekte in Übereinstimmung mit den Erdbebenvorschriften vorbereitet werden und die Umsetzung in Übereinstimmung mit den Projekten und Vorschriften durchgeführt wird. Die letzte in unserem Land erarbeitete Verordnung stammt aus dem Jahr 2018. Seit dem Erdbeben von 1999 ist die Sensibilität für die Erdbeben- und Gebäudesicherheit in unserem Land gestiegen, aber es ist auch klar, dass wir vor allem in der Praxis hinter dem gewünschten Niveau zurückbleiben. Das Bild, das sich bei den jüngsten Erdbeben vom 6. Februar 2023 bot, hat deutlich gezeigt, wie problematisch unsere Bauwerke in der Praxis sind, obwohl seit dem Erdbeben von 1999 bereits 24 Jahre vergangen sind. Die Beschädigung oder der Einsturz der Bauwerke trotz der Tatsache, dass die Projektentwürfe in Übereinstimmung mit den Vorschriften erstellt wurden, hat gezeigt, dass wir bei der Umsetzung gravierende Mängel haben.

Der Handlungsbedarf in diesem Bereich lässt sich in drei Bereiche gliedern: Siedlungsplanung, Projektgestaltung und Projektdurchführung.

1. Städtische Siedlungsplanung und Flächennutzungsplanung 

   Die Auswahl der städtischen Siedlungsgebiete ist für den Schutz vor Erdbebeneinwirkungen sehr wichtig. Die Auswahl von Böden mit hoher Tragfähigkeit als Siedlungsgebiete ist die erste Maßnahme zur Verringerung der negativen Auswirkungen von Erdbeben auf Bauwerke. Bei dem jüngsten Erdbeben vom 6. Februar 2023 zeigten die Bilder des Erdbebenmoments auf den Kameras deutlich, dass sich der Boden in vielen Wohngebieten wie eine Flüssigkeit verhält. Aus diesem Grund ist es sehr wichtig, bei der Planung städtischer Siedlungen Gebiete abseits von Verwerfungslinien und mit festem Boden auszuwählen. Die Bauwerke, die in Gebieten mit festem Boden errichtet werden sollen, haben Vorteile bei den Baukosten, da sie keine Bodenverstärkung benötigen (Bohrpfähle, Düsenmörtel usw.). Andererseits kann es bei Böden mit Verflüssigungseigenschaften, wenn keine zusätzliche Verstärkung des Bodens vorgesehen ist, zu Schäden wie Umkippen oder Einsinken in den Boden kommen, auch wenn es nicht zu einem Einsturz kommt, unabhängig davon, wie solide die Strukturen gebaut werden. Landwirtschaftliche Flächen, Wasserbecken, Flussbetten, Schwemmlandböden und Küstenstreifen sind im Allgemeinen nicht für eine Besiedlung geeignet. Wenn es notwendig ist, ein Gebäude auf solchen Böden zu errichten, sollten die erforderlichen Berechnungen zur Bodenverstärkung durchgeführt und Projekte vorbereitet werden. In diesem Rahmen sollte der Geotechnik mehr Bedeutung beigemessen werden. Andererseits ist es wichtig, einige Änderungen in den Bauvorschriften vorzunehmen, die als Grundlage für die architektonische Gestaltung von Gebäuden dienen, um die Zahl der Erdbebenopfer zu verringern. Praktiken wie die weitestgehende Vermeidung von Hochhäusern, die Beendigung der Praxis zusammenhängender Gebäude, die Planung von Projekten auf der Grundlage von Inseln und die Erhöhung des Anteils von Grünflächen in der städtischen Siedlung sind die Punkte, die Vorteile bei der Verringerung der durch Erdbeben verursachten Schäden und bei der Intervention in beschädigten Gebäuden bieten werden.

    

2. Erdbebenvorschriften und Projektplanung

   Die erste Voraussetzung für das Entstehen eines Gebäudes ist ein Projekt. Die Projektierung ist unverzichtbar, sowohl im Hinblick auf die Robustheit des Bauwerks, die Berücksichtigung der Bedürfnisse und der Ästhetik der Nutzung innerhalb des Bauwerks als auch auf wirtschaftliche Lösungen. Die Projektierung umfasst in der Regel ein Bodengutachten, Projekte zur Bodenverstärkung und ggf. zum Verbau (um Aushubrisiken zu vermeiden), ein architektonisches Projekt, ein statisches Projekt, ein elektrisches und mechanisches Projekt.  Die Projektierung beginnt mit Bodenuntersuchungen. Ziel der Bodenuntersuchungen ist es, die Tragfähigkeit des Bodens, auf dem das Gebäude errichtet werden soll, zu ermitteln und festzustellen, ob der Boden entsprechend dem Zustand des zu errichtenden Bauwerks verbessert werden muss. Die Geologie-Ingenieure treffen diese Feststellungen und legen sie in Form eines Berichts in der Projektakte ab. Das statische Projekt des Gebäudes wird im Rahmen der Daten und Empfehlungen dieses Berichts erstellt. Bei der Ausarbeitung von architektonischen Projekten ist es wichtig, dass sie keine strukturellen Unregelmäßigkeiten enthalten, die in den Erdbebenvorschriften festgelegt sind. Bei der Ausarbeitung von statischen Projekten ist es wichtig, in erster Linie mit den in den Erdbebenvorschriften festgelegten Annahmen zu arbeiten. In der Erdbebenverordnung sind die Erdbeben-Grundbewegungswerte festgelegt, die bei der Planung neuer Gebäude und der Bewertung bestehender Gebäude unter Erdbebeneinwirkung zugrunde zu legen sind. Die Erdbebenauswirkungen, die diesen Bodenbewegungsniveaus entsprechen, sind in den Erdbebengefährdungskarten der Türkei definiert, die mit dem Beschluss des Ministerrats vom 22.01.2018 unter der Nummer 2018/11275 in Kraft gesetzt wurden. Diese Karten können auf der Website https://tdth.afad.gov.tr/ abgerufen werden. Im Rahmen dieser Verordnung werden die folgenden vier verschiedenen Erdbeben-Grundbewegungsstufen definiert:

3. Erdbeben Bodenbewegung Level-1 (DD-1)

   Die Erdbebenbodenbewegung DD-1 charakterisiert eine sehr seltene Erdbebenbodenbewegung mit einer Wahrscheinlichkeit von 2 %, die spektrale Magnitude in 50 Jahren zu überschreiten, und einer entsprechenden Wiederkehrperiode von 2475 Jahren. Diese Erdbebenbodenbewegung wird auch als die größte untersuchte Erdbebenbodenbewegung bezeichnet.

4. Erdbeben Bodenbewegung Level-2 (DD-2)

   Die DD-2-Erdbebenbodenbewegung beschreibt die seltene Erdbebenbodenbewegung, bei der die Wahrscheinlichkeit, dass die spektralen Magnituden in 50 Jahren überschritten werden, 10 % beträgt und die entsprechende Wiederholungsperiode 475 Jahre beträgt. Diese Erdbebenbodenbewegung wird auch als Standard-Bemessungserdbebenbodenbewegung bezeichnet.

5. Erdbeben Bodenbewegung Level-3 (DD-3)

   DD-3 Earthquake Ground Motion kennzeichnet häufige Erdbebenbodenbewegungen, bei denen die Wahrscheinlichkeit, dass die spektralen Magnituden in 50 Jahren überschritten werden, 50 % beträgt und die entsprechende Wiederholungsperiode 72 Jahre beträgt.

6. Erdbeben Bodenbewegung Level-4 (DD-4)

   DD-4 Earthquake Ground Motion bezeichnet sehr häufige Erdbebenbodenbewegungen, bei denen die Wahrscheinlichkeit einer Überschreitung der spektralen Magnituden in 50 Jahren 68 % beträgt (50 % Überschreitungswahrscheinlichkeit in 30 Jahren) und die entsprechende Wiederholungsperiode 43 Jahre beträgt. Diese Erdbebenerschütterung wird auch als Betriebserdbebenerschütterung bezeichnet. Gemäß dieser Verordnung werden bei der Planung neuer Gebäude unter Erdbebeneinwirkung und bei der Bewertung bestehender Gebäude Ziele für die Gebäudeleistung zugrunde gelegt und Erdbebenauslegungsklassen (Earthquake Design Classes, EDS) in Abhängigkeit von diesen Zielen festgelegt. Da die Kosten des Gebäudes je nach dem bevorzugten Niveau variieren werden, sollte auch die Präferenz des Gebäudeeigentümers in dieser Hinsicht erfragt werden. Nachfolgend sind die Gebäudeleistungsstufen und Definitionen für Gebäudestrukturen unter Erdbebeneinwirkung aufgeführt:

• Leistungsstufe Dauerhafte Nutzung (UU)

Diese Leistungsstufe entspricht der Situation, in der keine strukturellen Schäden an den Elementen der Gebäudestruktur auftreten oder die Schäden vernachlässigbar bleiben.

• Leistungsstufe Begrenzte Schäden (SH)

Diese Leistungsstufe entspricht dem Schadensniveau, bei dem begrenzte Schäden an den Elementen der Gebäudestruktur auftreten, mit anderen Worten, das nichtlineare Verhalten ist begrenzt.

• Leistungsstufe „Kontrollierte Schäden“ (CD)

Diese Leistungsstufe entspricht dem Schadensniveau, bei dem die strukturellen Systemelemente des Gebäudes nicht zu stark beschädigt werden und größtenteils repariert werden können, um die Lebenssicherheit zu gewährleisten.

• Leistungsstufe „Verhinderung von Einsturz“ (PDC)

Diese Leistungsstufe entspricht dem Zustand vor dem Einsturz, bei dem schwere Schäden an den Elementen der Gebäudestruktur auftreten. Bei der Ausarbeitung der Projekte für die elektrischen und mechanischen Installationen sollten ausgewählte, mit der Gebäudestruktur kompatible Trassen festgelegt und die erforderlichen Übergangsfugen und Schächte in den Projekten verarbeitet werden, um in der Praxis keine Probleme zu verursachen. Notwendige Korrekturen sollten durch Überlappung der Projekte vorgenommen werden, und unterschiedliche Übergangsstrecken sollten in der Praxis nicht erforderlich sein. Installationen sollten nicht in einer Weise ausgeführt werden, die das Trägersystem beschädigt.
 

3. ProjektdurchführungEs ist wichtig, die Maßnahmen, die zur Verhinderung oder Minimierung von Erdbebenschäden ergriffen werden sollen, in ihrer Gesamtheit zu betrachten und umzusetzen. Diese Frage kann unter drei Hauptaspekten bewertet werden:

    

4. Bauphase Anwendungsfehler

   In der Anwendungsphase sind Fehler beim Gießen des Betons und beim Binden der Bewehrung bei Stahlbetonkonstruktionen häufig. Zu den häufigsten Fehlern gehören die Zugabe von Wasser zum Beton auf der Baustelle während des Betonierens, das Warten auf den Beton länger als nötig, das nicht ausreichende Rütteln und das Nichtaushärten nach dem Betonieren. Die Aushärtung von Beton ist besonders bei heißem Wetter sehr wichtig. Beton, der nicht ausgehärtet wird, hat eine spröde Struktur, die sich durch eine Erhöhung der Innentemperatur bemerkbar macht und zu einem erheblichen Verlust an Festigkeit führt. Es ist ein wichtiger Mangel, dass die Bügelhaken in der Bewehrung nicht im Projektwinkel angebracht sind. Wird nicht darauf geachtet, dass die Bewehrung so eingebaut wird, dass der Beton in den häufigen Bewehrungsbereichen durchläuft, entstehen Hohlräume in den Stahlbetonelementen. Es ist auch wichtig, die Schalungsarbeiten ordnungsgemäß auszuführen und der Reinigung der Schalung und dem Rostschutz gebührende Aufmerksamkeit zu widmen. Die Möglichkeit von Fehlern bei Stahlkonstruktionen ist aufgrund der Werkstattfertigung geringer als bei der Stahlbetonherstellung. Die Kontrollen in der Werkstatt und vor Ort sind jedoch wichtig, um die Übereinstimmung der Stahlkonstruktionen mit dem Projekt und den Vorschriften zu gewährleisten. Die einzige Möglichkeit, diese Fehler zu vermeiden, besteht darin, die Bauanträge unter der Aufsicht von technischem Personal auszuführen und die Kontrollmechanismen der Behörden zu verbessern.

5. Änderungen nach der Fertigstellung

   Eingriffe in das Tragwerk von fertigen Gebäuden sind eine der wichtigsten Schadensursachen bei Erdbeben. In bestehenden Gebäuden sind Eingriffe zu beobachten, die das Verhalten des Gebäudes bei einem Erdbeben beeinträchtigen, wie z. B. das Durchtrennen von Stützen zur Erweiterung der Nutzfläche, Eingriffe an Stützen und Trägern für zusätzliche Installationskanäle sowie zusätzliche Dachböden und Zwischengeschosse. Um solche Veränderungen zu verhindern, ist es wichtig, die Gesellschaft durch Aufklärungsprogramme zu informieren. Darüber hinaus ist es wichtig, ein System einzurichten, in dem solche Veränderungen gemeldet und beanstandet werden können, und Maßnahmen zu ergreifen, um die Verantwortlichen zu bestrafen und für den Fehler zu entschädigen. Es liegt auf der Hand, dass die gegen die Verantwortlichen zu verhängenden Strafen abschreckend sein sollten, und die Verhängung endgültiger Bestimmungen zu diesem Thema wird dazu beitragen, künftige Katastrophen zu verhindern.

6. Nachrüstung in bestehenden Gebäuden

   Eine weitere Methode zum Schutz vor Erdbebenschäden und -verlusten kann die Nachrüstung von Risikobauten sein. Bei bestehenden risikobehafteten Gebäuden können zwei Möglichkeiten geprüft werden. Die eine ist der Abriss und Wiederaufbau des Gebäudes, die andere die Nachrüstung. In diesem Fall wird das Ergebnis der Kosten-Nutzen-Bewertung für die richtige Entscheidung ausschlaggebend sein. Bei der Nachrüstung bestehender Gebäude ist es wichtig, das Projekt im Rahmen der Erdbebenvorschriften zu planen. Wenn es ein Projekt für die Nachrüstung bestehender Gebäude gibt, können die Berechnungen für die Nachrüstung anhand dieses Projekts durchgeführt werden. Liegt für das bestehende Gebäude kein Projekt vor, muss der Prozess der Datenerfassung über das strukturelle System von der Vermessung des Gebäudes bis zur Modellierung, der Entnahme von Proben aus dem strukturellen System und der Durchführung von Tests durchgeführt werden. Auf der Grundlage der gesammelten Daten sollte das Nachrüstungssystem festgelegt und die Projektierungsphase eingeleitet werden. Für die Nachrüstung werden Stahl-, Stahlbeton- und FRP-Systeme verwendet. Diese Systeme können in der Regel um die bestehenden Tragwerke gewickelt oder als zusätzliche Strukturelemente konzipiert werden. Darüber hinaus können seismische Isolatoren an den Säulen bestehender Gebäude angebracht werden, um die Möglichkeit zu bieten, Erdbebenbewegungen des Gebäudes zu absorbieren.